Duitse onderzoekers hebben met succes informatie geteleporteerd tussen twee afzonderlijke apparaten, zonder dat deze fysiek door de ruimte hoefde te reizen, door gebruik te maken van de vreemde fysica van kwantumverstrengeling. Deze belangrijke prestatie houdt in dat ze licht hebben omgezet in golflengtes die compatibel zijn met gewone internetkabels, wat betekent dat deze technologie mogelijk gebruik kan maken van de bestaande optische infrastructuur zonder dat nieuwe systemen nodig zijn.
De teleportatie werkte met een nauwkeurigheid van 72%, wat aanzienlijk hoger is dan het minimumniveau van 67% dat nodig is om ware kwantumactiviteit aan te tonen, in plaats van een normaal datatransfer. Het succes vond slechts enkele keren per uur plaats bij temperaturen van -267°C, dus verwacht geen kwantum-internet morgen. Dit bewijst echter dat het concept werkt met praktische, technologisch toepasbare technologie.
Kwantumteleportatie is van sciencefiction veranderd in laboratoriumrealiteit. In een belangrijke experiment hebben onderzoekers iets bereikt dat onmogelijk lijkt. Ze hebben met succes informatie verzonden tussen twee afzonderlijke apparaten die licht uitzenden, door de kwantumtoestand van het licht te teleporteren in plaats van een gewoon signaal via glasvezel te verzenden. Deze prestatie werd mogelijk gemaakt door het vreemde fenomeen dat bekend staat als kwantumverstrengeling.
In tegenstelling tot de transporters van materie in “Star Trek” verplaatst kwantumteleportatie geen fysieke objecten. In plaats daarvan is het eerder zoals het scannen van een document zo perfect dat de gescande kopie de originele versie wordt terwijl de papieren versie automatisch vernietigd wordt. De informatie wordt naar een nieuwe locatie overgebracht en het origineel verdwijnt in het proces.
Een team van fysici van verschillende universiteiten in Duitsland voerde kwantumteleportatie uit met behulp van kleine halfgeleiderapparaten die kwantumpunten worden genoemd. Hun werk, gepubliceerd in Nature Communications, behaalde een succespercentage van 72,1%, goed boven de benodigde 66,7% om aan te tonen dat informatie daadwerkelijk was geteleporteerd, en niet gewoon traditioneel was overgedragen.
Waar eerdere pogingen voor kwantumteleportatie licht gebruikten dat niet goed door optische kabels kon reizen, heeft deze nieuwe aanpak het licht omgezet naar een golflengte van 1515 nanometer, die ideaal is voor de optische kabels die al het internet met elkaar verbinden. Bij deze golflengte verliest het licht bijna geen kracht, zelfs niet na het afleggen van lange afstanden. Wat in een laboratorium op enkele meters afstand werkt, kan mogelijk ook in hele steden werken zonder grote veranderingen.
Twee apparaten, genaamd frequentievervormers, veranderen de natuurlijke kleur van het licht naar de juiste golflengte voor internet. Deze omvormers fungeren als vertalers, en zorgen ervoor dat de golflengte wordt veranderd, terwijl de kwantuminformatie intact blijft.
Het gebruik van twee onafhankelijke lichtbronnen maakt dit experiment bijzonder. De meeste eerdere demonstraties vertrouwden op één apparaat dat al het licht genereerde. Hier gebruikten onderzoekers twee kwantumpunten in afzonderlijke ultrakoude kamers, die elk onafhankelijk functioneerden. Het proces wat zich hiervoor afspeelde berustte op kwantumverstrengeling die Einstein “spookachtig actie op afstand” noemde. Wanneer twee lichtdeeltjes verstrengeld zijn, blijven ze mysterieus met elkaar verbonden, ongeacht de afstand. Het meten van één deeltje heeft onmiddellijk invloed op de andere.
Onderzoekers beginnen met één lichtdeeltje, dat in een specifieke toestand is voorbereid. Vervolgens voeren ze een speciale meting uit, waarbij dit deeltje wordt gecombineerd met de ene helft van een verstrengeld paar. Wanneer deze meting succesvol is, gebeurt er iets opmerkelijk: de toestand van het originele deeltje wordt onmiddellijk overgebracht naar de andere helft van het verstrengelde paar, zelfs als dat deeltje zich op afstand bevindt. De toestand van het oorspronkelijke deeltje verdwijnt, terwijl het verre deeltje exact een kopie wordt.
In een zeer kort tijdsbestek werkte de teleportatie met een nauwkeurigheid van 72,1%. Alles boven de 66,7% bewijst dat er sprake was van ware kwantumteleportatie en niet gewoon van een normale informatieve overdracht.
Om dit werk te realiseren, waren verschillende slimme technieken nodig. Kwantumpunten zijn kleine structuren die gekweekt worden in halfgeleidermaterialen. Elke kwantumpunt is geplaatst in een nauwkeurig ontworpen kamer met spiegels om zoveel mogelijk licht op te vangen. Onderzoekers gebruikten krachtige laserpulsen om de kwantumpunten van energie te voorzien, zodat ze lichtdeeltjes in een bepaalde volgorde konden uitstralen. Zes ultrasensitieve detectoren vingen de geteleporteerde lichtdeeltjes met 85% nauwkeurigheid op.
De onderzoekers identificeerden verschillende factoren die de prestaties belemmerden: de lichtdeeltjes waren niet voldoende identiek, de synchronisatie tussen de twee apparaten was niet perfect, en het omzettingsproces voegde een zekere ruis toe.
Desondanks biedt deze technologie een opwindend vooruitzicht. Eerdere experimenten met kvantumpunten werkten niet met golflengtes die geschikt zijn voor lange afstanden. De omzetting naar de juiste internetgolflengtes terwijl de kwantumverbinding behouden blijft, toont aan dat verschillende technologieën succesvol kunnen samenwerken.
Terwijl er nog uitdagingen blijven, is er een basis gelegd voor het bouwen van kwantumnetwerken die avant-garde fysica combineren met bestaande telecommunicatiesystemen. De ontwikkeling van een kwantuminternet komt steeds dichterbij met elke doorbraak.
